Le code de surface SURFEX :

SURFEX Processus de surface : -surfaces ( 4 types) -couche limite de surface -drag orographique -assimilation -composante surface de transports d’espèces et de gaz : CO2, aérosol désertiques, marins, transport de neige … Pour plus de détails : Article paru dans GMDD 26/05/09

SURFEX : schéma technique 26/05/09

SURFEX dans l’application SIM Amélioration en cours de la chaîne SIM Ancien code ISBA remplacé par SURFEX et amélioration de la description des processus de surface 26/05/09

ISBA Température composite (une seule température pour la maille) Réservoir d’interception de la végétation, pour chaque couche du sol : température, eau liquide et glace. Neige simulée par un modèle de complexité intermédiaire (3 couches). Bilan d’énergie séparé pour la neige ETR : fonction du forçage météorologique, de la végétation et du stress hydrique.

Grilles thermiques et hydrologiques du sol Forêts équatoriales 3 12 1 Infiltration Tsol Sol nu Cultures 8 5 Racines 1.5 2 26/05/09 B. Decharme

Validation spatialisée hydrologie/température sur la France Validation par les débits et les mesures de température dans le sol Débits (par comparaison avec la version FR) Température (sensibilité à la profondeur du sol) 26/05/09 B. Decharme, E. Martin

1. Les éléments représentés Occupation du sol : Carte ECOCLIMAP2 (Europe) Faroux et al., 2013 Texture du sol : cartes FAO « Harmonized Worl soil database » Propriétés de surface : 12 types fonctionnels de végétation (patches) Photosynthèse : méthode classique (~Jarvis) puis A-gs Sol : sol multicouche (~10 m pour la température, profondeur variable pour l’hydrologie). Equation de Richards et équation de la chaleur Neige : modèle de complexité intermédiaire (ES) multicouches, simulation de plusieurs altitudes par maille de 8 km en montagne. Hydrologie sous-maille : ruissellement de surface VIC Entre SURFEX et MODCOU : Nappes non résolues : réservoir « montagne » selon Lafaysse et al. 2011 et réservoir conceptuel « plaine » ailleurs (Artinyan et al., 2008) 26/05/09

Interactions entre un modèle hydrologique et SURFEX NB: ces couplages ne sont pas intégrés dans les versions SURFEX utilisées pour SIM/France Couplage entre SURFEX et TOPMODEL (Travaux de Vincendon et al.) Transfert latéral de l’eau (écoulement de sub-surface) au sein de petits bassins versants méditerranéens, basés sur TOPODYN. Prise en compte des plaines d’inondation (couplage ISBA/TRIP à l’échelle globale, travaux de Decharme et al.) Prise en compte des remontées de nappe (échelle globale et régionale, travaux de Decharme, Vergnes, Habets) 26/05/09

Prescrire les paramètres d’ISBA : La carte ECOCLIMAP-II Europe ECOCLIMAP-II est une nouvelle version d’ECOCLIMAP sur l’Europe donc voici la carte d’occupation des sols. Le but était de détailler la représentation de la surface en utilisant des données plus récentes et une méthode de classification plus performante. Cette version est en cours d’évaluation. ECOCLIMAPII domain

ECOCLIMAP Établie à partir de cartes globales de climat, de land cover et de profil de NDVI 273 “covers” sur l’Europe 1x1km Table de correspondance entre covers et types fonctionnels de végétation Règles d’aggrégation pour obtenir les paramètres du modèle sur la grille désirée. 26/05/09

Tiling in SURFEX : Towns Nature (bare soil/ vegetation) Lakes Sea/Oceans The surface is divide into 4 main Tiles, which are treated by different models. The tile Nature is divided into 12 patches or natural functional types PARK (wetlands) EVER (evergreen broadleaved forest) TROG (tropical /C4 grassland) CONI (evergreen needleleaved forest) GRAS (temperate /C3 grassland) TREE (deciduous broadleaved forest) IRR (irrigated crops) SNOW (snow and ice) C4 (C4 crops) ROCK (bare rock) C3 (C3 crops) NO no vegetation Concernant la représentation de la surface dans surfex. Elle est divisée en 4 tiles: mers océans, lacs, villes, sol nu/végétation. Le tile nature est divisé en 12 patches au maximum: l’utilisateur choisit un nombre entre 1 et 12 et des regroupements sont alors effectués. Les 12 patchs sont listés ici. Les forçages sont identiques pour chaque tuile et chaque patch, mais les variables de surface et les flux sont calculés séparément, selon des schémas différents. Les flux sont ensuite réagrégés avant retour vers l’atmosphère.

Les données Safran 4500 postes Utilise l’ensemble des informations disponibles pour spatialiser les variables atmosphériques Hypothèse de zone « climatologiquement homogène » 615 zones, analyse par pas de 300 m d’altitude 8 variables analysées: pluie liquide, neige, nébulosité, rayonnements solaire et IR incidents, vitesse du vent à 10m, humidité et température à 2m Données reprojetées sur la grille 8 km sur la France. Données disponibles depuis 1958, et bientôt plus (EUPORIAS). La qualité diminue lorsqu’on remonte dans le temps 4500 postes 26/05/09

2. Méthodes numériques utilisées Les processus physiques gérés par SURFEX sont internes à chaque mailles. Pas d’interaction entre mailles, les échanges sont verticaux. Résolution implicite des équations de Richards et de la chaleur 26/05/09

3. Langage d’écriture et plateforme Code écrit en Fortran90 Plateforme linux (du PC au supercalculateur) Une utilisation sur plateforme windows a été développée (mais peu d’expérience disponible sur ce point à MF) 26/05/09

4. Représentation spatiale Pour SIM/France : grille Lambert 2e étendue, maille 8 km Nombreuses autres projections disponibles dans SURFEX : L93, Lat/lon reg, grille non structurée (suite de points) 26/05/09

5.Fichiers d’entrées/sorties Données physiographiques :bases de données en format binaire ad hoc, possibilité de remplacer les bases par d’autres bases au format binaire ou part des format ASCII plus simples (lat lon valeur) Données de forçage : fichiers binaires, mais possibilité d’utiliser des fichiers netcdf ou ASCII (attention au volume) Données de sorties : fichiers binaires, ASCII, netcdf, possibilité de choix des sorties (attention au volume) Fichier NAMELIST : namelist FORTRAN qui paramètre entièrement le modèle. 26/05/09

6. Calage Pas de procédure de calage du modèle en tant que telle. Modification du modèle ou des paramètres du modèle (inclus dans les bases de données physiographiques) régulières en fonction des applications du modèle. Importance de garder un caractère générique au modèle Pour les réservoirs entre SURFEX et MODCOU dans l’application France, pour la partie montagne le calage Durance proposé par M. Lafaysse semble donner satisfaction. Le réservoir plaine doit être calé (méthode?) 26/05/09

7. Application à transférer La partie SURFEX de SIM/France déjà décrite S’il n’y a pas mieux dans Aquifr, le réservoir conceptuel « montagne » qui paraît important pour bien simuler des débits naturels dans ces zones, voire le réservoir plaine s’il reste des zones « orphelines, avec le problème du calage. 26/05/09

8. Principales difficultés Compatibilité du bilan de surface SURFEX avec ceux des applications déjà existantes, modifier ce bilan ? Profondeur de sol ? Aspects techniques liés au couplage (-> écriture de documents techniques très précis) Arriver à une application demandant un effort de maintenance équivalent à celui du SIM actuel (dans l’optique d’un fonctionnement à MF, en remplacement de SIM) Définir un schéma de valorisation commun de l’outil et des sorties (scientifiques, techniques, politique/intitutionnel). 26/05/09